A dual Functional Strategy for Biofouling-Resistant Microfiltration Membranes : Biomimetic Patterns and Biocidal Nanoparticles
내오염성 향상된 정밀여과막을 위한 이종 기능 전략: 생체 모사 패턴 및 항균 나노입자
- 주제어 (키워드) Hierarchical integration , Nanoparticle transfer , Patterning , Shear stress resistance , Biofouling , 계층적 결합 , 나노입자 전사 , 패턴화 , 전단응력 저항성 , 분리막 오염
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 이종석
- 발행년도 2023
- 학위수여년월 2023. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 화공생명공학과
- 실제 URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000076304
- UCI I804:11029-000000076304
- 본문언어 영어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권 보호를 받습니다.
초록 (요약문)
Herein, we report a rational strategy for fabricating dual-functional microfiltration (MF) membranes hierarchically integrated with micropatterns and Ag nanoparticles (NPs) for ultrahigh and durable fouling resistance. To harness hydrodynamic force and chemical oxidation for an enhanced anti-biofouling ability, a monolayer of Ag NPs was transferred onto negative patterns of polyurethane acrylate molds, which was then integrated onto the biomimetic micropattern of porous polyacrylonitrile (PAN) membranes through nonsolvent-induced phase separation. Without the use of chemical linkers, our method achieved a stable and partial embedment of Ag NPs onto the porous PAN network and exhibited a negligible loss of Ag NPs even after exposure to high shear stress. Compared with the same micropatterned MF membranes without Ag NPs and the bare MF membranes, the resultant MF membrane significantly suppressed the decrease in water flux for the microbial solution by over 40% and 100%, respectively, owing to the dual anti-bacterial activities of the biocidal property of Ag NPs and the hydrodynamic repulsion of the micropatterns. Our hierarchical fabrication method can be applied to various biocidal NPs for ultrahigh biofouling-resistant porous membranes.
more초록 (요약문)
본 논문은 정밀 패턴과 은 나노입자의 계층적 결합을 통해 안정적인 내오염성을 가지는 정밀여과막의 제막 방법을 제공한다. 생물오염 저감을 위한 수력학적 힘과 산화 반응을 얻기 위하여, 은 나노입자가 폴리우레탄 아크릴레이트 음각 몰드에 전사된 후, 비용매-유도 상전이를 통해 다공성 폴리아크릴로나이트릴(Polyacrylonitrile, PAN) 분리막의 생체 모사 정밀 패턴에 전사되었다. 본 제조 방식은 화학적 매개체 없이 다공성 PAN 망상 구조 속 은 나노입자의 안정적인 부분 함침을 구현하였으며, 높은 전단 응력의 노출에도 은 나노입자의 소실이 거의 관찰되지 않았다. 은 나노입자가 없는 정밀 패턴 MF 막 및 단순한 고분자 MF 막과 비교했을 때, 최종적인 MF 막에서 미생물 용액에 대한 수투과도가 각각 40% 및 100% 증가하였고, 이는 은 나노입자의 살균 특성과 정밀 패턴의 수력학적 배척 특성의 이종 항균 작용으로부터 기인한 것으로 보인다. 본 연구의 계층적 제조 방식은 초내오염성 다공성 막을 위한 다양한 항균 나노입자에 적용될 수 있다.
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